ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЛОЩАДЕЙ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ НА ПОИСКИ УГЛЕВОДОРОДОВ, С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЛОЩАДЕЙ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ НА ПОИСКИ УГЛЕВОДОРОДОВ, С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Орешкова М.Ю.¹, Фернандес Попова А.К.², Фернандес Мамани А.Н.^3, *

^{1, 2, 3} Санкт-Петербургский Горный университет, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (aelbert.otoo[at]yandex.ru)

Аннотация

Цель данной работы заключается в изучении строения кристаллического фундамента и осадочного бассейна северной части Иркутской области и установлении перспективных на углеводороды областей для проведения дальнейших детальных работ.

Для достижения поставленной цели в данной работе обработаны и интерпретированы грави-магнитные данные и их трансформанты с помощью специализированных геофизических программ, и компьютерных технологий. В результате интерпретации данных потенциальных полей установлены закономерности, которые связывают трансформации потенциальных полей с месторождениями углеводородов и позволяют построить условную прогнозную карту для локализации перспективных для дальнейшего изучения и освоения площадей.

Ключевые слова: грави-магнитные данные, потенциальное поле, томография потенциальных полей, компьютерные технологии, прогнозное построение, углеводороды, осадочный бассейн, кристаллический фундамент.

AN IDENTIFICATION OF PROMISING AREAS FOR THE SEARCH FOR HYDROCARBONS VIA POTENTIAL FIELDS IN OF IRKUTSK OBLAST

Research article

Oreshkova M.Yu.¹, Fernandes Popova A.K.², Fernandes Mamani A.N.^3, *

^{1, 2, 3} Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia

* Corresponding author (aelbert.otoo[at]yandex.ru)

Abstract

The purpose of this article is to examine the structure of the crystalline basement and sedimentary basin of the northern part of Irkutsk Oblast and to establish promising areas for hydrocarbons for further detailing work.

To achieve this objective, the authors process and interprets gravimagnetic data and their transformants using specialized geophysical software. As a result of the interpretation of these potential fields, the study establishes patterns that link the transformations of potential fields with hydrocarbon deposits and allow for building a relative forecast map for localizing areas that are promising for further study and development.

Keywords: gravimagnetic data, potential field, tomography of potential fields, computer technologies, predictive construction, hydrocarbons, sedimentary basin, crystal foundation.

Введение

Методы потенциальных полей используются в разведочной геофизике для изучения структурно-вещественных комплексов по физическим параметрам, таким как плотность и намагниченность. Компьютерные технологии являются дополнительным инструментом для изучения этих параметров и упрощают время интерпретации данных при поисках и разведки залежи за пределами известных месторождений [4, С. 260].

В данной работе изучено строение кристаллического фундамента и осадочного бассейна, включающего залежи углеводородов, с применением интерпретации потенциальных полей. Для установления закономерностей локализации месторождений углеводородов применяется программа «томография потенциальных полей», написанная на языке программирования «Visual Basic for Applications», которая позволяет выполнить построения векторных и изоповерхностных трехмерных моделей в оболочке «Voxler», а также в работе применяется деконволюция Эйлера, реализованная в пакете программ «Oasis Montaj» от Geosoft. Исходными данными являются матрицы гравитационного и магнитного полей миллионного масштаба листа O-48 (Усть-Илимск). Лист О-48 включает северную часть Иркутской области в большей степени и часть Красноярского края.

В качестве фактологической основы использованы карты-материалы Всероссийского научно-исследовательского института им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ).

Исследуемая территория располагается в южной части Западно-Сибирской геосинеклизы в пределах Прибайкальской моноклизы и Тунгусской синеклизы.

Программа «Томография потенциальных полей»

Программа «томография потенциальных полей» - это набор макрокоманд (простейшая программа, задающая определенную последовательность действий), написанная на языке программирования «Visual Basic for Applications».

Способ томографии потенциальных полей ориентирован на послойное изучение геологической среды при поддержке численного интегрального преобразования, связывающего измеренное на дневной плоскости потенциальное поле с расчётным распределением действительных источников в нижнем полупространстве. Это пространственное распределение считается одним из эквивалентных решений обратной задачи грави-магниторазведки. Алгоритм преобразования может быть реализован на формальном аналитическом продолжении поля вниз (К.М. Ермохин) [2, С. 10]. С помощью этой программы можно реализовать пересчет поля в нижнее полупространство (методика М.Б. Штокаленко).

Томографией называют послойное исследование объекта, которым, в данной ситуации, считается геологическая среда, представленная пространственными распределениями плотности источников потенциального поля.

Поскольку указанные распределения являются эквивалентными решениями обратной задачи, полученные расчётные свойства геологической среды называют эффективными. В томографии размерность результата на единицу больше размерности исходных данных, подобно тому, как вейвлет-преобразования связывают одномерный оригинал с двухмерным изображением [1, С. 101]. По одномерному профилю строится двухмерный томографический разрез.

В данном случае рассматривается томография на основе аналитического продолжения потенциального поля вниз по формуле (К.М. Ермохин):

    (1)

где U – потенциальная функция, h – глубина пересчёта [10, С. 287].

При таком способе можно выбрать любые сечения (одномерные профиля) на грави-магнитных картах для получения двухмерного разреза [3, С. 52]. Для достижения поставленной задачи выбран профиль, пересекающий Ковыктинское и Ярактинское месторождений (см. рисунок 1,а). В результате получены разрезы эффективной и абсолютной плотности и избыточной намагниченности на глубинах 10 и 40 километров. Эффективная плотность в разрезе обозначает разность плотности геологического объекта и вмещающей его горной породы (см. рисунок 1, б.). В пределах месторождений углеводородов наблюдаются пониженные значения эффективной и абсолютной плотности (см. рисунок 1, г) и нулевые значения избыточной намагниченности (см. рисунок 1, е) на глубине первых километров. Приблизительно по этим данным можно определить физические параметры, характеризующие осадочный бассейн изучаемого района.

Деконволюция Эйлера в пакете программ «Oasis Montaj»

Метод используется для определения положения структурных индексов и глубин залегания грави-магнитных неоднородностей. Основу методики составляет уравнение Эйлера для однородных функций. Сущность этого уравнения следующая: функцию  называют однородной функцией степени N, если для нее справедливо соотношение: . Для гравиразведки и магниторазведки будет характерна функция:

    (2) де  не зависит от координат. Поэтому для нее справедливо следующее уравнения Эйлера:     (3) Уравнения Эйлера можно применять для локализации особых точек функций, описывающих гравитационное и магнитное аномалии, в скользящем окне (Д. Томсон). Тогда уравнения Эйлера можно преобразовать к виду:     (4)

На основании уравнения (4) рассчитана деконволюция в программном обеспечении «Oasis Montaj» по гравитационному полю, на полученной модели нами установлены области с меньшим количеством концентрации деконволированных масс (зеленные сферы), приуроченые к возможным залежам углеводородов (см. рисунок 1, ж) [8, С. 223]. Полученный результат хорошо согласуется с уже изученными месторождениями.

Трехмерная модель в программе «Voxler» от Golden Software

Программа предназначена для трехмерной визуализации сложных наборов первичных данных. Для этого в программе можно применить огромное число вариантов 3D изображений и моделей первичной обработки исходной информации, включая объемный рендеринг, изометрическое и контурное представление, трехмерное сглаживание, ортогональные и скошенные образы, линии тока и векторные графики.

Математическая обработка исходных материалов была реализована в программе – Surfer от Golden Software. Программа Voxler ориентирована только на представление обработанной информации.

В результате работы в данной программе нами получены трехмерные модели векторной карты, характеризующие различные структурно-тектонические дислокации, направление которых отмечается схождением и расхождением векторов (см. рисунок 1, з). Также построена модель изоповерхности, характеризующая морфологию осадочного бассейна (см. рисунок 1, и) на основе изученных месторождений углеводородов. Для модели характерны области с «пустотами» (отсутствие изоповерхности) значительных размеров, связанные с соответствующими значениями силы тяжести [6, С. 155-157].

Рис. 1 – а) Исходная карта гравитационного поля с линеаментным анализом; б) гравитационные кривые (мГал); в) разрез эффективной плотности; г) разрез абсолютной плотности; д) магнитные кривые (нТл); е) разрез избыточной намагниченности; ж) модель деконволюции Эйлера; з) векторная модель грави-магнитных данных; и) изоповерхностная модель гравитационного поля:

1 – область с наименьшим количеством деконволированных масс; 2 – линия схождения/расхождения векторов; 3 – осадочные бассейны

Прогнозные построения

Для построения прогнозной карты по данным потенциальных полей взяты за эталон Ковыктинское и Ярактинское нефтегазоконденсатные месторождения, которые характеризуются пониженными значениями силы тяжести, эффективной и абсолютной плотности и намагниченности [9, С. 382-384]. Для этих параметров получены отдельные карты вероятности и после сопоставления этих карт можно установить общую закономерность их распространения, и таким образом спрогнозировать по этим параметрам перспективные участки [7, С. 56]. Таким образом, перспективные участки относятся к областям с вероятностью, равной единице (см. рисунок 2, а). По результатам работы можно спроектировать комплекс электроразведочных и сейсмических работ для уточнения этих перспективных областей (отмечены темным зеленым цветом).

 

Рис. 2 – а) Прогнозная карта на углеводороды, где вероятность, равная 1 – наиболее перспективные участки и вероятность 0,6 – менее перспективные; б) разрез абсолютной плотности; в) фрагмент разреза абсолютной плотности на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения:

зеленый цвет – осадочные комплексы; оранжевый цвет – кристаллический фундамент раннепротерозойского возраста

Заключение

По результатам комплексной интерпретации потенциальных полей листа О-48 можно сказать, что на полученных разрезах Ковыктинское и Ярактинское месторождения углеводородов связаны:

а) с пониженными значениями эффективной плотности, значения меняются в интервале от -0,04 до 0,02 г/см³, = -0,01 г/см³ (см. рисунок 1, в.).

б) с абсолютной плотностью, равной 2,6 г/см³ (см. рисунок 1, г.). Также важно отметить, что полученное значение не согласуется с теоретической плотностью осадочного бассейна, которая равна примерно 2,3 г/см³. Это связанно с тем что, в расчетах томографии вейвлет-преобразования связывает одномерный оригинал с двухмерным изображением. Для того, чтобы привести полученную преувеличенную плотность к нужным значениям, необходимо пересчитать полученные экспериментальные плотности (см. рисунок 2, б), и, таким образом, получить результат близкий к теоретическому (см. рисунок 2, в). На рисунке 2в по сечению Г-В отмечается граница, отделяющая осадочный бассейн ( = 2,36 г/см³) от кристаллического фундамента ( = 2,66 г/см³). Мощность осадочного бассейна равна в этом сечении около 5 километров.

в) с пониженными значениями избыточной намагниченности, значения меняются в интервале от -0,2 до 0,4 мА/м,  = 0,1 мА/м (см. рисунок 1, е). Кроме того, для этих месторождений характерны пониженные значения силы тяжести и индукции магнитного поля.

На основании полученных закономерностей построена прогнозная карта листа О-48 (см. рисунок 2, а) и выделены перспективные участки на углеводороды, выделенные темно-зеленым цветом, которые рассматриваются как наиболее перспективные на углеводороды области.

Недостаток такого подхода состоит в том, что, исходные материалы относятся к миллионному масштабу и прогнозное построение несет лишь распознавательный подход грави-магнитных данных. Такой подход рекомендуется применять для карт 1:200 000 масштаба и крупнее.

Достоинством метода заключается в том, что по результатам прогнозных построений можно целенаправленно спроектировать детальные геофизические исследования, такие как сейсморазведка и электроразведка для дальнейшего детального изучения и освоения, и, таким образом, открыть новые месторождения углеводородов. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Алексеев С.Г. Особенности геологической интерпретации результатов гравиразведки и магниторазведки / С.Г. Алексеев, С.А. Козлов, М.Б. Штокаленко // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 37-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского. М.: ИФЗ РАН, 2010.
2. Алексеев С.Г. Достоинства и недостатки томографии потенциальных полей / С.Г. Алексеев, Н.П. Сенчина, С.Ю. Шаткевич и др. // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 43-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского. Воронеж: ООО ИПЦ «Научная книга», 2016. С. 10-13.
3. Ермохин К.М. Технология построения разрезов методом аналитического продолжения геофизических полей / К.М. Ермохин // Геоинформатика, 2010. № 2, с. 51-60.
4. Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований / В.В. Ломтадзе. М.: Недра, 1993. 268 с.
5. Новоселицкий В.М. Векторная обработка гравиметрических наблюдений с целью обнаружения и локализации источников аномалий / В.М. Новоселицкий, Г.В. Простолупов // Геофизика и математика. М.: ОИФЗ РАН, 1999. С. 104–107.
6. Приезжев И.И. Информационные технологии комплексной интерпретации геофизических данных для геологического моделирования / И.И. Приезжев: диссертация на соискание ученой степени д.т.н. М.: РГГУ, 2010. 232 с.
7. Фернандес Мамани А. Комплексная интерпретация гравитационных и магниторазведочных данных для прогноза углеводородов с применением «томографии потенциальных полей» для Лено-Тунгусской нефтегазовой провинции / Фернандес А. Мамани, М. Ю. Орешкова, А. Фернандес Попова // Тезисы докладов. Том 5: IX Международная научная конференция молодых ученых «Молодые – Наукам о Земле». Москва: МГРИ, 2020. С. 52-56.
8. Штокаленко М.Б. Истолкование аналитического продолжения потенциального поля вниз / М.Б. Штокаленко, С.Г. Алексеев // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 42-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского. Пермь: Горный ин-т УрО РАН, 2015. С. 221-223.
9. Штокаленко М.Б. От избыточной эффективной плотности к абсолютной / М.Б. Штокаленко, С.Г. Алексеев, С.А. Козлов // Материалы 40-й сессии Международного научного семинара им. Д.Г.Успенского. М.: ИФЗ РАН, 2013. С. 380 – 384.
10. Штокаленко М.Б. Итерационная или медианная полосовая фильтрация как средство фокусирования потенциального поля в томографии / М.Б. Штокаленко, С.Г. Алексеев, Н.П. Сенчина // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 41-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского. Екатеринбург: ИГФ УрО РАН, 2014. С. 286 – 288.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Alekseev S. G. Osobennosti geologicheskojj interpretacii rezul'tatov gravirazvedki i magnitorazvedki [Features of the geological interpretation of the results of gravity and magnetic exploration] / S. G. Alekseev, S. A. Kozlov, M. B. Shtokalenko // Voprosy teorii i praktiki geologicheskojj interpretacii gravitacionnykh, magnitnykh i ehlektricheskikh polejj: Materialy 37-jj sessii Mezhdunar. nauch. seminara im. D.G.Uspenskogo [Issues of theory and practice of geological interpretation of gravitational, magnetic and electric fields: Materials of the 37th session of the International Scientific seminar named after D. G. Uspensky]. Moscow: IFZ RAS, 2010 [in Russian]
2. Alekseev S. G. Dostoinstva i nedostatki tomografii potencial'nykh polejj [Advantages and disadvantages of tomography of potential fields] // Voprosy teorii i praktiki geologicheskojj interpretacii gravitacionnykh, magnitnykh i ehlektricheskikh polejj: Materialy 43-jj sessii Mezhdunar. nauch. seminara im. D.G.Uspenskogo [Issues of theory and practice of geological interpretation of gravitational, magnetic and electric fields: Proceedings of the 43rd session of the International Scientific seminar named after D. G. Uspensky]. Voronezh: OOO IPC «Nauchnaja kniga»,, 2016, pp. 10-13 [in Russian]
3. Ermokhin K. M. Tekhnologija postroenija razrezov metodom analiticheskogo prodolzhenija geofizicheskikh polejj [Technology of constructing sections by the method of analytical continuation of geophysical fields] / K. M. Erkmokin // Geoinformatika [Geoinformatics], 2010. No. 2, pp. 51-60 [in Russian]
4. Lomtadze V. V. Programmnoe i informacionnoe obespechenie geofizicheskikh issledovanijj [Software and information support for geophysical research] / V. V. Lomtadze. Moscow: Nedra, 1993. 268 p. [in Russian]
5. Novoselitsky V. M. Vektornaja obrabotka gravimetricheskikh nabljudenijj s cel'ju obnaruzhenija i lokalizacii istochnikov anomalijj [Vector processing of gravimetric observations in order to detect and localize sources of anomalies] / V. M. Novoselitsky, G. V. Prostolupov // Geofizika i matematika [Geophysics and Mathematics]. Moscow: OIFZ RAS, 1999, pp. 104-107 [in Russian]
6. Priezdev I. I. Informacionnye tekhnologii kompleksnojj interpretacii geofizicheskikh dannykh dlja geologicheskogo modelirovanija: dissertacija na soiskanie uchenojj stepeni d.t.n. [Information technologies of complex interpretation of geophysical data for geological modeling]: Doctor's thesis. Engineering Sciences. / I. I. Priezhev, Moscow: RSUH, 2010. 232 p. [in Russian]
7. Fernandez Mamani A. Kompleksnaja interpretacija gravitacionnykh i magnitorazvedochnykh dannykh dlja prognoza uglevodorodov s primeneniem «tomografii potencial'nykh polejj» dlja Leno-Tungusskojj neftegazovojj provincii [Complex interpretation of gravitational and magnetic exploration data for the forecast of hydrocarbons using "tomography of potential fields" for the Leno-Tunguska oil and gas province] / A. Fernandez Mamani, M. Yu. Oreshkova, A. Fernandez Popova // Tezisy dokladov. Tom 5: IX Mezhdunarodnaja nauchnaja konferencija molodykh uchenykh «Molodye – Naukam o Zemle»Tezisy dokladov. [Abstracts of reports. Volume 5: IX International Scientific Conference of Young Scientists "The Young - for the Earth Sciences"]. Moscow: MGRI, 2020, pp. 52-56 [in Russian]
8. Shtokalenko M. B. Istolkovanie analiticheskogo prodolzhenija potencial'nogo polja vniz [Interpretation of the analytical continuation of the potential field downwards] / M. B. Shtokalenko, S. G. Alekseev // Voprosy teorii i praktiki geologicheskojj interpretacii gravitacionnykh, magnitnykh i ehlektricheskikh polejj: Materialy 42-jj sessii Mezhdunar. nauch. seminara im. D.G.Uspenskogo [Issues of theory and practice of geological interpretation of gravitational, magnetic and electric fields: Proceedings of the 42nd session of the International Scientific Conference. The seminar named after D. G. Uspensky]. Perm: Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2015, pp. 221-223 [in Russian]
9. Shtokalenko M. B. Ot izbytochnojj ehffektivnojj plotnosti k absoljutnojj [From excessive effective density to absolute density] / M. B. Shtokalenko, S. G. Alekseev, S. A. Kozlov // Materialy 40-jj sessii Mezhdunarodnogo nauchnogo seminara im. D.G.Uspenskogo [Proceedings of the 40th session of the D. G. Uspensky International Scientific Seminar]. Moscow: IFZ RAS, 2013, pp. 380-384 [in Russian]
10. Shtokalenko M. B. Iteracionnaja ili mediannaja polosovaja fil'tracija kak sredstvo fokusirovanija potencial'nogo polja v tomografii [Iterative or median bandpass filtering as a means of focusing the potential field in tomography] / M. B. Shtokalenko, S. G. Alekseev, N. P. Senchina // Voprosy teorii i praktiki geologicheskojj interpretacii gravitacionnykh, magnitnykh i ehlektricheskikh polejj: Materialy 41-jj sessii Mezhdunar. nauch. seminara im. D.G.Uspenskogo [Issues of theory and practice of geological interpretation of gravitational, magnetic and electric fields: Proceedings of the 41st session of the International Scientific seminar named after D. G. Uspensky]. Yekaterinburg: IGF UrO RAS, 2014, pp. 286-288 [in Russian]